JP2544479B2

JP2544479B2 - サブマ―ジア―ク溶接用ボンドフラックス

Info

Publication number: JP2544479B2
Application number: JP1101246A
Authority: JP
Inventors: 裕西川; 薫長谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH02280996A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はサブマージアーク溶接用ボンドフラックスに
係り、特に高速スミ肉溶接及び下向の多層盛突合せ溶接
において、優れた溶接作業性及び経済性と安定した機械
的性能が得られるサブマージアーク溶接用ボンドフラッ
クス組成に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）水平スミ肉溶接のサブマージアーク溶接では一般に比
較的小電流の高速溶接が実施されている。これは、大電
流、低速溶接では等脚性が得られないためである。

従来、このような高速サブマージアーク溶接において
は、ポックマーク、ブローホール、ピット等のガス欠陥
発生の面から、炭酸塩を含有した低温ボンドフラックス
は採用されず、炭酸塩を含有しない溶融型フラックスが
一般に広く使用されていた。

しかし、この炭酸塩を含有しない溶融型フラックスを
用いて溶接した場合、溶融中に、例えば、CaCO₃→CaO＋
CO＋Ｏなる化学反応で発生するCOガスで大気からシール
ドする効果が期待できず、その結果、溶接金属中の
〔Ｎ〕量が非常に不安定となり、靭性にバラツキが生じ
るという問題があった。

また、このように炭酸塩を含有しない溶融型フラック
スの場合、下向の多層盛突合せ溶接のサブマージアーク
溶接においても同様の問題があり、更には、フラックス
使用量が多く経済的でないという問題もあった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためにな
されたものであって、シールド効果を有するガス発生成
分を含有させたボンド型フラックスであっても、ガス欠
陥の発生がなく、優れた機械的性能の溶接金属が得ら
れ、また優れた溶接作業性を有する経済的なサブマージ
アーク溶接用フラックスを提供することを目的とするも
のである。

（課題を解決するための手段）本発明者は、上述のような問題点に対処すべくボンド
ブラックスについて種々検討を重ねた。その結果、特に
高速水平スミ肉溶接及び下向の多層盛突合せ溶接のサブ
マージアーク溶接において、優れた溶接作業性と安定し
た機械的性能が得られる経済的なサブマージアーク溶接
用ボンドフラックスを見出したものである。

すなわち、本発明に係るサブマージアーク溶接用ボン
ドフラックは、SiO₂:17〜26％、Al₂O₃:25〜42％、MgO:1
3〜20％、T.Mn:5〜10％、CaF₂:7〜20％、T.FeO:0.1〜7.
0％、Na₂O及びK₂Oの１種又は２種:0.5〜3.5％、T.CO₂:
0.05〜0.5％及びH₂:10〜50ppmを含む組成からなること
を特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）本発明における化学成分の限定理由は以下のとおりで
ある。

SiO₂:17〜26％ SiO₂は酸性成分であって、スラグの活性、凝固温度を
調整するのに有効な成分である。しかし、17％未満では
スラグの粘性が不十分でビード幅の均一性が劣り、また
フラックス消費量が増大し好ましくない。一方、26％を
超えると塩基度が低下し、溶接金属の靭性が劣化し、ま
た高速水平スミ肉溶接において、ビード形状が凸とな
り、スラグ剥離性が劣化する。したがって、SiO₂量は17
〜26％の範囲とする。

Al₂O₃:25〜42％ Al₂O₃は中性成分であり、スラグの塩基度を下げない
でスラグの粘性、凝固温度を調整するのに有効な成分で
ある。しかし、25％未満では高速水平スミ肉溶接におい
て等脚性が損なわれ、またアンダーカットも生じ易いた
め好ましくない。一方、42％を超えると粘性が高くなり
すぎてスラグ巻込みが発生し易く、下向の多層盛突合せ
溶接において凸ビードになり易い。したがって、Al₂O₃
量は25〜42％の範囲とする。

MgO:13〜20％ MgOは塩基性成分であり、溶接金属中〔Ｏ〕を低減す
るのに有効な成分であり、粘性調整剤としての作用も有
している。しかし、13％未満では溶接金属中〔Ｏ〕の低
減効果が少なく、靭性が劣る。またビードが蛇行し易
く、アンダーカットが発生する。一方、20％を超えると
スラグ焼付きが増すと共にポックマークが多発し、また
フラックス消費量が増大するので好ましくない。したが
って、MgO量は13〜20％の範囲とする。

T.Mn:5〜10％ Mnはスラグの粘性、凝固温度を調整するのに有効な成
分であるだけでなく、溶接金属中のMn量を調整し、引張
性能、衝撃性能を確保するために必須の成分である。し
かし、５％未満ではアンダーカット及びスラグ焼付きが
発生し易く好ましくない。また、安価な低Mnワイヤと組
合せた場合、溶接金属中の〔Mn〕量が不足し、引張強度
及び靭性が低下する。一方、10％を超えるとビードが蛇
行し易く、且つフラックス消費量が増大するため好まし
くない。

なお、Mn成分は、金属MnやFe−Mnなどの化合物及びMn
O、MnO₂などの酸化物の形でフラックス中に添加される
が、ここではMnの総量としてT.Mnで規定することにし
た。

したがって、T.Mn量は５〜10％の範囲とする。

CaF₂:7〜20％ CaF₂は塩基性成分であって、溶接金属中〔Ｏ〕を低下
させる効果があると共に、スラグの流動性を調整し、溶
接中のスラグ−メタル間の反応を促進させるために有効
な成分である。しかし、７％未満ではポックマークが発
生し易く、粘性向上に対しても効果が少ない、一方、20
％を超えるとスラグの流動性が増し、ビードの蛇行やア
ンダーカットが発生し、またフラックス消費量が増大す
るので好ましくない。したがって、CaF₂量は７〜20％の
範囲とする。

T.FeO:0.1〜7.0％ FeO成分は粘性調整剤として有効な成分であるが、0.1
％未満ではスラグの粘性が高くなり、高速水平スミ肉溶
接においてアンダーカットやスラグ巻込みが増加するた
め好ましくない。一方、7.0％を超えると溶接金属中
〔Ｏ〕量が増加し、衝撃性能が劣化する。

なお、FeO成分はFe−Si、Fe−Mnなどの化合物及びFe
O、Fe₂O₃などの酸化物の形でフラックス中に添加される
が、ここではFeOの総量としてT.FeOで規定することにし
た。

したがって、T.FeO量は0.1〜7.0％の範囲とする。

Na₂O及びK₂Oの１種又は２種:0.5〜3.5％ Na₂O、K₂Oはアーク安定剤、スラグの粘性調整剤とし
て有効であり、特に高速水平スミ肉溶接においてはアー
ク安定性を確保するためには必須の成分であるので、Na
₂O及びK₂Oの１種又は２種を添加する。しかし、0.5％未
満ではアークの安定性、集中性が悪くなり、ビードが蛇
行したり、スラグ巻込みが増加する。一方、3.5％を超
えるとフラックスの耐吸湿性が悪くなり、ピットやポッ
クマークが発生し易い。したがって、Na₂O及びK₂Oの１
種又は２種の添加量は0.5〜3.5％の範囲とする。

T.CO₂:0.05〜0.5％ CO₂成分は溶接中に発生するCOガスで大気をシールド
し溶接金属中〔Ｎ〕量を低減し、安定化するのに非常に
有効な成分である。COガスを発生させるためには、フラ
ックス中にCaCO₃やBaCO₃などの炭酸塩及びＣ（炭素）な
どの形で添加するが、ここではCO₂の総量としてT.CO₂で
規定することにした。しかし、T.CO₂量が0.05％未満で
は溶接金属中〔Ｎ〕の低減及び安定化に対して効果がな
く、靭性が低下する。一方、0.5％を超えると高速水平
スミ肉溶接においてポックマークが発生し易い。したが
って、T.CO₂量は0.05〜0.5％の範囲とする。

H₂:10〜50ppm 溶接金属中〔Ｎ〕の低減及び安定化対策のためには、
上記T.CO₂量の管理だけでは不十分であるので、本発明
では、アーク雰囲気中の〔Ｎ〕分圧を下げるためにH₂の
添加を必須とした。しかし、10ppm未満では溶接金属中
〔Ｎ〕の低減及び安定化に対して効果がなく、靭性が低
下するため好ましくない。一方、50ppmを超えると溶接
金属中の〔H₂〕量が高くなりすぎて、遅れ割れ等の問題
が発生するため好ましくない。また、ピットも発生し易
い。したがって、H₂量は10〜50ppmの範囲とする。

なお、上記H₂量はガスクロマトグラフィー法により測
定した量である。例えば、300℃×１時間の予備乾燥
後、インパルス炉を用いて抽出した水素をガスクロマト
グラフィー法で定量する。

その他の条件としては、特に制限されないが、大気か
らのシールド効果を更に高めるためには、フラックス粒
度を、10メッシュより粗い粒子が全体の５％以下とし、
48メッシュより細い粒子が全体の８〜35％とするのが望
ましい。

なお、ボンドフラックスとは、溶融型フラックスとは
異なり、焼成又は焼結して製造されるフフラックス（ボ
ンドフラックス）を指している。

また、サブマージアーク溶接条件も特に制限されない
が、高速水平スミ肉溶接及び下向の多層盛突合せ溶接条
件のもとで上記効果が顕著である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す化学成分を有する供試ボンドフラックス
を準備した。その際、T.Mn量は金属Mn、Fe−Mn等の化合
物及びMnO、MnO₂、Mn₂O₃等の酸化物により、T.FeO量はF
e−Mn、Fe−Si等の化合物及びFeO、Fe₂O₃等の酸化物に
より、T.CO₂量はCaCO₃、BaCO₃及びNa₂CO₃及びNa₂CO₃等
の炭酸塩により、H₂量は、例えば、SiO₂源として用いる
硅砂等に含まれる結晶水分量、フラックスの固着剤とし
て用いる水硝子の添加量及びフラックスの焼成温度によ
り、それぞれ含有量を調整した。

なお、比較例の各フラックスにおいて、No.5はMgOと
T.Mnが多い例、No.6はSiO₂とT.FeOが多い例、No.7はAl₂
O₃が多くMgOが少ない例、No.8はT.CO₂とH₂が多い例、N
o.9はSiO₂とT.Mnが少なく、CaF₂とNa₂O及びK₂Oが多い
例、No.10はAl₂O₃とT.FeOとNa₂O及びK₂Oが少ない例、N
o.11はT.CO₂とH₂が少ない例、No.12はSiO₂が多くCaF₂が
少ない例である。

実施例１第１表に示した供試フラックスを用い、12mmt×750mm
lの寸法で第１図に示す開先の母材SS41に、3.2mmφでJI
S Ｚ 3351 YS−S3相当のワイヤを用い、以下の溶接
条件でサブマージアーク溶接を行った。

＜溶接条件＞単電極水平スミ肉溶接 1st side:550A−32V−80cm/min 2nd side: 〃溶接作業性を第２表に示す。

第２表より明らかなように、本発明例はいずれも良好
な溶接作業性を有し、ガス欠陥の発生もなかった。

実施例２第１表に示した供試フラックスを用い、25mmt×1000m
mlの寸法で第２図に示すＶ開先の母材SM41Bに、4.0mmφ
でJIS Ｚ 3351 YS−S3相当のワイヤを用い、以下の
溶接条件でサブマージアーク溶接を行った。

＜溶接条件＞単電極下向多層溶接 550A−28V−40cm/min 溶接作業性とＸ線透過試験、衝撃試験結果並びにフラ
ックス消費量を第２表に併記する。

なお、Ｘ線透過試験は、試験板全長を対象として行
い、欠陥の有無を判定した。衝撃試験は、供試材表面9.
5mmよりJIS Ｚ 3111 ４号試験片を採取し、−51℃で
試験を行い、３本の平均値を求めた。また、フラックス
消費量については、全パス溶接終了後、ワイヤ及びフラ
ックス消費量をそれぞれ測定し、フラックス／ワイヤ消
費率を求めて評価した。

第２表より明らかなように、本発明令はいずれも良好
なな溶接作業性を有し、ガス欠陥の発生もなく、靭性も
優れており、またフラックス消費量も少ない。

なお、第２表において、比較例No.7〜No.8、No.10、N
o.12について衝撃試験結果が記載してないが、これは、
溶接作業性が悪く（スラグ巻込、ブローホール）、した
がって、靭性を確認するまでもないと判断し、試験を中
止したためである。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、CO₂、H₂等の
ガス発生成分を含有するボンドフラックスであるが、優
れた溶接作業性と安定した機械的性能が得られ、更にフ
ラックス消費量が少ないので経済性に優れている。特に
高速水平スミ肉溶接や、下向の多層盛突合せ溶接のサブ
マージアーク溶接用フラックスに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は実施例で用いた開先形状、寸法（m
m）を示す説明図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、SiO₂:17〜26
％、Al₂O₃:25〜42％、MgO:13〜20％、T.Mn:5〜10％、Ca
F₂:7〜20％、T.FeO:0.1〜7.0％、Na₂O及びK₂Oの１種又
は２種:0.5〜3.5％、T.CO₂:0.05〜0.5％及びH₂:10〜50p
pmを含む組成からなることを特徴とするサブマージアー
ク溶接用ボンドフラックス。